電子コンピューターの歴史、パート4：電子革命

これまで、デジタル電子コンピューターを構築する最初の3つの試みのそれぞれを一貫して記憶しています。ジョンアタナソフが考案したアタナソフベリーABCコンピューター。 トミーフラワーズとENIACが率いるブリティッシュコロッサスプロジェクトは、ペンシルバニア大学のムーアスクールで作成されました。 実際、これらのプロジェクトはすべて独立しています。 ENIACプロジェクトの主な原動力であるJohn Mouchleyはアタナソフの仕事を知っていましたが、ENIACスキームはABCのようなものではありませんでした。 電子コンピューティングデバイスの共通の祖先が存在する場合、それは控えめなウィンウィリアムズカウンターであり、デジタルストレージに電子ランプを使用した最初のデバイスであり、アタナソフ、フラワーズ、およびモーグリが電子コンピューターの作成に着手できました。



しかし、これら3台のマシンのうち1台だけが、その後のイベントで役割を果たしました。 ABCは有用な仕事をしたことはありませんでしたが、概して、それを知っていた少数の人々はそれを忘れていました。 2台の軍用車両が、他の既存のコンピューターよりも純粋な速度で性能を発揮できることを証明しましたが、コロッサスはドイツと日本を破った後でも秘密のままでした。 ENIACのみが広く知られるようになり、したがって、電子コンピューティング標準の所有者になりました。 そして今、電子管に基づいたコンピューティングデバイスを作成したかったすべての人が、ムーアスクールの成功を確認することができました。 1945年までそのようなすべてのプロジェクトに出会ったエンジニアリングコミュニティの根深い懐疑論は消えました。 懐疑論者は心を変えるか、沈黙した。

EDVACレポート

ENIACの作成と使用の経験に基づいて1945年に発行された文書は、第二次世界大戦後の世界におけるコンピューター技術の発展の方向を定めました。 「EDVACレポートの最初のドラフト」[電子離散変数自動コンピューター]と呼ばれ、現代の意味でプログラムされた最初のコンピューター、つまり高速メモリから抽出されたコマンドを実行するためのアーキテクチャパターンを提供しました。 そこにリストされているアイデアの正確な起源は議論の主題のままですが、数学者ジョン・フォン・ノイマン （旧ヤノス・ラホス・ノイマン）を代表して署名されました。 数学の精神の特徴であるこのドキュメントは、特定のマシンの仕様からコンピューター操作スキームを抽象化する最初の試みも行いました。 彼は、コンピューターの構造の本質を、さまざまな可能性のあるランダムな化身から分離しようとしました。



ハンガリー生まれのフォン・ノイマンは、プリンストン（ニュージャージー州）とロスアラモス（ニューメキシコ州）を経由してENIACに行きました。 1929年、彼は、セット理論、量子力学、ゲーム理論に顕著な貢献をした熟練した若い数学者として、プリンストン大学での地位を占めるためにヨーロッパを去りました。 4年後、近くの高等研究所（IAS）は彼に州での生涯にわたる地位を与えました。 ヨーロッパでのナチズムの台頭により、フォン・ノイマンは大西洋の向こう側に無期限に留まる機会を喜んでつかみ、事実、ナチスヨーロッパからの最初のユダヤ人知識人の一人となった。 戦争後、彼は嘆き悲しんだ。「ヨーロッパに対する私の感情は、懐かしさの反対です。なぜなら、私が知っている隅々は、消えた世界と慰めをもたらさない廃insを思い出させるからです」と、「1933年から1938年までの人々の人類に対する完全な失望」



フォン・ノイマンは、失われた若者の多国籍ヨーロッパを避けて、彼のすべての知性を、彼を保護した国に属する戦争機械を助けるように指示しました。 次の5年間で、彼は国中を旅し、さまざまな新しい武器プロジェクトについて助言と助言を行いながら、どうにかして多作のゲーム理論の本の共著者になりました。 コンサルタントとしての彼の最も秘密で重要な仕事は、研究チームがロスアラモス（ニューメキシコ州）にあったマンハッタン計画-原子爆弾を作成する試み-での彼の地位でした。 ロバートオッペンハイマーは1943年の夏に彼を採用し、プロジェクトの数学的モデリングを支援しました。彼の計算により、グループの他のメンバーは爆弾を内側に向けて爆弾の方向に移動するようになりました。 このような爆発は、核分裂性物質を内側に移動させる爆発物のおかげで、自立した連鎖反応を達成することになっていた。 その結果、必要な圧力で内向きの理想的な球形爆発を達成するためには膨大な数の計算が必要でした。ミスがあると連鎖反応と爆弾の大失敗が中断されます。





ロスアラモスでの作業中のフォンノイマン



ロスアラモスでは、20人のコンピューターのグループが働いており、デスクの計算機を自由に使用できましたが、コンピューティングの負荷に対処できませんでした。 科学者たちは、パンチカードを操作するためのIBM機器を提供しましたが、まだ時間がありませんでした。 彼らはIBMに改善された機器を要求し、1944年にそれを受け取りましたが、まだ時間がありませんでした。



それまでに、フォンノイマンは、国中を巡航するために別の場所を追加しました。彼は、ロスアラモスで役立つ可能性のあるコンピューター機器のすべての可能な場所を旅しました。 彼は、国防研究委員会（NDRC）の応用数学部長Warren Weaverに手紙を書き、いくつかの良いヒントを受け取りました。 彼はマークIを見るためにハーバードに行ったが、彼はすでに艦隊の仕事を完全に積んでいた。 彼はジョージ・スティビッツと話し、ベルのリレーコンピューターをロスアラモスに注文することを考えましたが、彼はそれがどれくらい時間がかかるかを知った後、この考えを捨てました。 彼はコロンビア大学のグループを訪問し、複数のIBMコンピューターを組み合わせてWallace Eckertを実行するより大きな自動システムにしたが、すでにロスアラモスにあったIBMコンピューターに目立った改善はなかった。



ただし、Weaverがフォンノイマンに与えたプロジェクトには、ENIACというプロジェクトは含まれていませんでした。 彼は間違いなく彼のことを知っていました。応用数学のディレクターとしての地位で、彼は国のすべてのコンピューティングプロジェクトの進捗を監視する義務がありました。 WeaverとNDRCは、ENIACの実行可能性とタイミングについて確かに疑問を抱いている可能性がありますが、ENIACの存在さえ言及しなかったことは驚くべきことです。



この理由が何であれ、その結果として、フォン・ノイマンは、鉄道のプラットフォームで偶然会っただけでENIACについて知りました。 この話は、ENIACが建設されたムーア学校試験研究所の調停者であるハーマンゴールドスタインによって語られました。 ゴールドスタインは1944年6月にアバディーン駅でフォンノイマンに出くわしました-フォンノイマンは相談の1つで去り、科学諮問委員会のメンバーとして、アバディーン弾道研究所で行いました。 ゴールドスタインはフォン・ノイマンの偉大な人物としての評判を知っており、彼は彼と会話を始めました。 感銘を与えたいと、彼はフィラデルフィアで開発中の新しい興味深いプロジェクトに言及することを忘れることができませんでした。 フォン・ノイマンのアプローチはすぐに慈悲深い同僚から厳しいコントローラーに変わり、彼はゴールドスタインに新しいコンピューターの詳細に関連した質問を投げかけました。 彼は、ロスアラモスの潜在的なコンピューターパワーの興味深い新しいソースを見つけました。



フォン・ノイマンは、1944年9月にプレスパー・エッカート、ジョン・マウクリー、およびENIACチームの他のメンバーを初めて訪問しました。彼はすぐにこのプロジェクトに夢中になり、カウンセリング組織の長いリストに別の項目を追加しました。 両者はこの恩恵を受けました。 高速電子計算の可能性がフォンノイマンをどのように引き付けたかは容易にわかります。 ENIAC、または同様のマシンは、マンハッタンプロジェクトおよび他の多くの既存または潜在的なプロジェクトの進行を妨げるすべての計算上の制約を克服できました（ただし、今日でも有効なSayの法則により、計算能力の出現によりすぐに同等の需要が生じることが保証されました） 。 ムーアの学校にとって、フォン・ノイマンのような有名な専門家の祝福は、彼らに対する懐疑的な態度の終meantを意味しました。 さらに、彼の活発な精神と国中の豊かな経験を考えると、彼は自動計算の分野における知識の幅と深さにおいて平等ではありませんでした。



これが、フォンノイマンがエカートとエニアックのフォロワーを作成するというムックリーの計画に関与した理由です。 ドイツのゴールドスタインと別のENIAC数学者であるアーサーバークスと共に、彼らは第2世代の電子コンピューターのパラメータースケッチを作成し始め、フォンノイマンはこのグループのアイデアを「最初のドラフト」のレポートにまとめました。 新しいマシンはより強力になり、より滑らかな輪郭になり、最も重要なことには、ENIACを使用する際の最大の障壁を克服することになっています。 最新世代の電気機械機械の開発者であるハーバードマークIおよびベルリレーコンピューターは、穴が開けられた紙テープを使用してコンピューターに指示を入力することでこれを回避しました。オペレーターは、機械が他の問題を解決する間、紙を準備できました。 ただし、このようなデータ入力は電子機器の速度の利点を無効にします。 ENIACが受信できる速度でデータをフィードできる用紙はありません。 （「コロッサス」は光電センサーを使用した紙で動作し、5つのコンピューティングモジュールのそれぞれが毎秒5000文字の速度でデータを吸収しましたが、これは紙テープの可能な限り速いスクロールのおかげでのみ可能でした。テープ上の任意の場所への切り替えには遅延0、 5000行ごとに5秒）。



「最初のドラフト」で説明されている問題の解決策は、命令のストレージを「外部記録媒体」から「メモリ」に移動することでした。この言葉はコンピューターデータストレージに初めて使用されました（フォンノイマンは特にこれと他の生物学用語を仕事で使用しました-彼は脳の働きとニューロンで起こるプロセスに非常に興味があります）。 このアイデアは後に「プログラムストレージ」と呼ばれました。 しかし、これはすぐに別の問題につながりました-アタナソフを混乱させました-電子ランプの過剰なコスト。 「最初のドラフト」では、広範囲の計算タスクを実行できるコンピューターでは、命令と一時データを保存するために250,000個の2進数のメモリが必要になると推定されました。 このサイズの電子管のメモリは数百万ドルの費用がかかり、完全に信頼できません。



1940年代初頭にムーア学校と米国のレーダー技術の中央研究センターであるMITのラッドラボとの契約の下でレーダーの研究に取り組んだエッカートは、ジレンマを提案しました。 具体的には、エッカートは「地上からの照明」の問題を解決した「移動ターゲットインジケータ（MTI）」と呼ばれるレーダーシステムに取り組みました。建物、丘、その他の静止物体によってレーダー画面にノイズが発生し、オペレーターが重要なものを隔離するのが困難になりました情報-移動する航空機のサイズ、場所、速度。



MTIでは、遅延線と呼ばれるデバイスを使用してフラッシュの問題を解決しました。 彼はレーダーの電気パルスを音波に変換した後、これらの波を水銀チューブに送って、もう一方の端に音が届き、レーダーが空の同じポイントを再スキャンした瞬間に電気パルスに戻った（伝播のための遅延線）他のメディアも音を使用できます：他の液体、固体結晶、さらには空気。いくつかの情報源によると、彼らのアイデアはベルウィリアムショックリーの研究所の物理学者によって発明されました。 ハンドセットを通過する信号と同時にレーダーから来る信号は、静止物体からの信号と見なされ、削除されました。



エッカートは、遅延線の音のパルスは2進数とみなせることを認識しました。1は音の存在を示し、0は音の不在を示します。 1本の水銀管には、数百のそのような数が含まれている場合があり、各数は1ミリ秒で数回ラインを通過します。つまり、コンピューターは桁にアクセスするために数百マイクロ秒待つ必要があります。 同時に、数字が数マイクロ秒しか離れていないため、ハンドセット内の連続した数字へのアクセスが高速になります。





イギリスのEDSACコンピューターの水銀遅延線



フォンノイマンは、コンピューター回路の主な問題を解決した後、1945年春の「最初の草案」の101ページのレポートでグループ全体のアイデアを収集し、第2世代EDVACプロジェクトの主要人物に配布しました。 すぐに彼は他のサークルに入りました。 たとえば、数学者のレスリーコムリーは、1946年にムーアの学校を訪問した後、彼のコピーを英国に持ち帰り、同僚と共有しました。 レポートの配布は、2つの理由でエッカートとモークリーの間で怒りを引き起こしました。第一に、開発のメリットのほとんどはドラフトの作者であるフォン・ノイマンに起因するものでした。 第二に、システムに含まれるすべての主要なアイデアは、実際には、特許庁の観点から公開され、電子コンピューターの商業化の計画を妨害したことが判明しました。



EckertとMouchleyのresりのまさに基盤は、数学者の怒りを引き起こしました：フォンノイマン、ゴールドスタイン、バークス。 彼らの観点からは、このレポートは重要な新しい知識であり、科学の進歩の精神に従ってできる限り広く普及する必要がありました。 さらに、この企業全体は政府、したがってアメリカの納税者によって資金提供されました。 彼らは、エッカートの商業主義と戦争でお金を稼ぐモークリーの試みに反発されました。 フォン・ノイマンは次のように書いています。「私は、私が商業グループに助言をしていることを知っていたので、大学でコンサルタントの地位に就くことはなかったでしょう。」



1946年に派factの方法は分かれました。エッカートとムーシュリーは、ENIACテクノロジーに基づいた、一見安全性の高い特許に基づいて自社を設立しました。 最初は彼らの会社をElectronic Control Companyと名付けましたが、翌年にはEckert-Mauchly Computer Corporationと名前を変更しました。 フォンノイマンはIASに戻り、EDVACベースのコンピューターを作成し、ゴールドスタインとバークスが彼に加わりました。 EckertとMouchleyの状況の再発を防ぐために、彼らは新しいプロジェクトのすべての知的財産がパブリックドメインになることを確認しました。





Von Neumannは、1951年に構築されたIASコンピューターの前にいます。

アランチューリングに捧げられた隠れ家

ラウンドアバウトの方法でEDVACレポートを見た人々の中には、英国の数学者アランチューリングがいました。 チューリングは、電子式またはその他の自動コンピューターを作成または発明した最初の科学者ではありませんでした。一部の著者は、コンピューター技術の歴史における彼の役割を大いに誇張しました。 しかし、コンピューターは、大量の数字のシーケンスを単純に処理するだけで何かを「計算」することはできないことに気付いた最初の人物として彼に信用を与えなければなりません。 彼の主なアイデアは、人間の心によって処理される情報を数値として表現できるため、あらゆる精神プロセスを計算に変換できるというものでした。





1951年のアランチューリング



1945年の終わりに、チューリングは自身の報告書を発表しました。そこでは、彼は「電子コンピューターの提案」という名前でフォンノイマンに言及し、英国国立物理研究所（NPL）を対象としています。 彼は、提案された電子コンピューターの具体的な設計の詳細にはさほど深く入りませんでした。 彼の計画は論理の専門家の心を反映していました。 彼は低レベルのプリミティブで構成できるため、高レベルの機能のための特別な機器を持っているはずではありませんでした。 マシンの美しい対称性のい結果になります。 また、Turingはコンピュータープログラムに線形メモリを割り当てませんでした。データと命令は単なる数字であるため、メモリ内に共存できます。 命令は、そのように解釈された場合にのみ命令になりました（1936年の「計算された数に関するチューリング研究」では、静的データと動的命令の関係を既に調べました。後に「チューリングマシン」と呼ばれるものを説明し、他のチューリングマシンを解釈して実行できるユニバーサルチューリングマシンへの入力としてフィードします）。 チューリングは数字がきちんと指定された情報の任意の形式を表すことができることを知っていたので、彼はこの計算機で大砲のテーブルの構築と線形方程式システムの解だけでなく、パズルとチェス研究の解を解くためのタスクのリストに含めました。



自動チューリングコンピューティングマシン（ACE）は、元の形式では作成されませんでした。 彼は遅すぎて、最高の才能を得るためにもっと熱心な英国のコンピューティングプロジェクトと競争しなければなりませんでした。 このプロジェクトは数年間横滑りし、チューリングは彼への関心を失いました。 1950年代、NPLはパイロットACEを小型のマシンとわずかに異なるデザインにし、さらに、1950年代初期のACEアーキテクチャから他のコンピューターデザインのインスピレーションを引き出しました。 しかし、彼女は影響力を広げることができず、すぐに忘却に陥りました。



しかし、これはすべてチューリングのメリットを過小評価するものではなく、正しいコンテキストに彼を置くのに役立ちます。 コンピューターの歴史に対するその影響の重要性は、1950年代のコンピューターの設計に基づくのではなく、1960年代に登場したコンピューターサイエンスのために彼が準備した理論的根拠に基づいています。 計算可能と計算不可能の境界を研究した数学論理に関する彼の初期の研究は、新しい分野の基本的なテキストとなった。

ゆったりとした革命

ENIACに関するニュースの広がりとEDVACレポートにより、ムーアの学校は巡礼の場所になりました。 多くの訪問者が、特にアメリカとイギリスから「マスターの足元で」勉強するために到着しました。 請願者の流れを合理化するために、1946年に学校の学部長は、自動コンピュータ上で招待制のサマースクールを組織しなければなりませんでした。 レクチャーは、エッカート、モークリー、フォン・ノイマン、バークス、ゴールドスタイン、ハワード・エイケンなどの著名人によって行われました（ハーバード大学電気機械コンピューターマークIの開発者）。



ほぼ全員がEDVACレポートの指示に従ってマシンを作成したかった（皮肉なことに、メモリに保存されたプログラムを実行する最初のマシンはENIAC自体であり、1948年にメモリに保存された命令を使用するために再作成されました。家、アバディーンテストサイト）。 1940年代と50年代に作成された新しいコンピューターデザインの名前でさえ、ENIACとEDVACの影響を示しました。 UNIVACとBINAC（Eckert and Mouchleyの新会社で作成された）とEDVAC自体（創業者が去った後にムーアの学校で終了）を考慮しなくても、AVIDAC、CSIRAC、EDSAC、FLAC、ILLIAC、JOHNNIAC、ORDVACはまだ残っています、SEAC、SILLIAC、SWACおよびWEIZAC。それらの多くは、知的所有権に関するフォンノイマンの公開ポリシーを使用して、IASの自由に公開された設計を（わずかな修正を加えて）直接コピーしました。



しかし、電子革命は次第に発展し、既存の順序を段階的に変更しました。最初のEDVACスタイルの車は1948年に登場しただけで、コンセプトが機能していることを証明する小さなプロジェクトでした。マンチェスターの「子供」は、ウィリアムズチューブのメモリの実行可能性を確認するために設計されました（ほとんどのコンピューターは水銀管から別のタイプのメモリに切り替えました。これはレーダー技術に由来しています。真空管の代わりにCRTスクリーンを使用しました。ドライブは彼の名前を得た）。 1949年には、フルサイズのマンチェスターマークI、ケンブリッジ大学のEDSAC、シドニーのCSIRAC（オーストラリア）、およびアメリカのBINACが動作しませんでしたが、さらに4台が作成されました。小さいながらも安定したコンピューターの流れが今後5年間にわたって続きました。



一部の著者は、ENIACが過去をベールで覆っていて、すぐに私たちを電子コンピューティングの時代に導いたかのように説明しました。このため、実際の証拠は大きく歪んでいました。 「完全に電子化されたENIACの出現により、マークIはほぼ即座に廃止されました（その後15年間は正常に機能しましたが）」と、キャサリンフィッシュマン（The Computer Establishment（1982））は書いています。この声明は明らかにそれ自体に反しているので、ミス・フィッシュマンの左手は彼女の右手が何をしていたのか知​​らなかったと思うでしょう。もちろん、これを単純なジャーナリストのメモに書き留めることができます。しかし、本物の歴史家のペアが再びホイップボーイとしてマークIを選択し、次のように書いていることがわかりました。それは海軍のいくつかのプロジェクトで使用され、そこでは海軍がエイケンの研究室のためにさらにいくつかのコンピューターを注文するのに十分有用であることが証明されました」[Aspray and Campbell-Kelly]。再び、明確な矛盾。



実際、リレーコンピューターには独自の利点があり、電子の従兄弟と同時に動作し続けました。いくつかの新しい電気機械コンピューターは、第二次世界大戦後、さらには1950年代初頭に日本で作成されました。リレーマシンは、設計、構築、および保守が容易であり、電気や空調をそれほど必要としませんでした（何千もの電子管から放出される大量の熱を放散するため）。 ENIACは150 kWの電力を使用し、そのうち20が電力を冷却しました。



米軍は引き続き計算能力の主な消費者であり、「時代遅れの」電気機械モデルを無視しませんでした。 1940年代後半、軍隊には4台のリレーコンピューターがあり、艦隊には5台ありました。アバディーンの弾道研究所は、ENIAC、ベルとIBMのリレー計算機、および古い差動アナライザーがそこで働いていたため、世界最大の計算能力の集中を蓄積しました。 1949年9月のレポートでは、誰もがそれぞれの場所にありました。ENIACは、長い単純な計算で最適に機能しました。 Model VのBell計算機は、ほとんど無制限の長さの命令フィルムと浮動小数点を扱う機能のおかげで、複雑な計算をよりよく処理し、IBMはパンチカードに格納された非常に大量の情報を処理できました。それまでは、キュービックルートの抽出などの特定の操作は手動で実行する方が簡単で（テーブルとデスクトップ計算機の使用を組み合わせて）、マシンの時間を節約していました。



電子計算機革命の終わりの最高の印は、ENIACが生まれた1945年ではなく、IBM 650および704コンピューターが登場した1954年である。 30年続くコンピューター業界。Thomas Kuhnの用語では、電子コンピューターは1940年代の奇妙な異常ではなくなり、AtanasovやMouchliのような追放者の夢にのみ存在しました。それらは通常の科学になりました。





多くのIBM 650コンピューターの1つ。この場合、テキサスA＆M大学のインスタンス。磁気ドラム（下）のメモリにより、比較的遅くなりましたが、比較的安価です。

巣立ち

1950年代半ばまでに、デジタルコンピューティング機器の回路と設計は、アナログシステムのスイッチとアンプにあるその起源から切り離されました。 1930年代および40年代初期のコンピューター回路は、物理学研究所とレーダーのアイデア、特に通信エンジニアと研究部門のアイデアに大きく依存していました。現在、コンピューターは独自の分野を編成しており、この分野の専門家は独自のアイデア、語彙、および独自の問題を解決するツールを開発しています。



コンピューターはその現代的な意味で登場したので、私たちのリレーの歴史終わりに来ています。しかし、電気通信の世界には、もう1つの興味深い切り札がありました。電子ランプは、可動部品がないためにリレーを上回りました。そして、私たちの歴史の最後のリレーは、内部部品がまったくないという利点がありました。 「ソリッドステート」として知られる新しいエレクトロニクス部門のおかげで、複数のワイヤが突き出ている無害な外観の塊が現れました。



電子ランプは高速でしたが、高価で、大きく、熱く、特に信頼性が低いままでした。それらでは、ラップトップを作ることは不可能でした。フォンノイマンは1948年に「現在の技術と哲学を適用せざるを得ないが、スイッチの数を10,000（またはおそらく数万）超えることができるとは考えにくい」と書いています。ソリッドステートリレーを使用すると、コンピューターは何度もこれらの制限を超えて何度も克服できます。中小企業、学校、家、家電製品の日常生活に入り、ポケットに収まる。私たちの現在の存在に浸透する魔法のデジタルの国を作成します。そしてその起源を見つけるには、50年前に時計を巻き戻して、ワイヤレス技術の興味深い初期の時代に戻る必要があります。



他に読むもの：

• デイビッド・アンダーソン、「マンチェスター・ベイビーはブレッチリー・パークで妊娠しましたか？」、英国コンピューター協会（2004年6月4日）
• ウィリアム・アスプレイ、ジョン・フォン・ノイマン、現代コンピューティングの起源（1990）
• マーティン・キャンベル・ケリーとウィリアム・アスプレイ、コンピューター：情報機器の歴史（1996）
• トーマス・ヘイ他 al。、Eniac in Action（2016）
• ジョン・フォン・ノイマン、「EDVACに関する最初の報告書草案」（1945）
• アラン・チューリング、「提案された電子計算機」（1945）